книги / Переработка углеводородных газов.-1

бом на сферических вальцах с максимально допустимыми для перевозки размерами.

Рис. 8.2. Сферический резервуар объемом 600 м3 для хранения сжиженного пропана: 1 – лепестки оболочки резервуара; 2 – днище оболочки резервуара; 3 – маршевая лестница; 4 – площадка для обслуживания резервуара; 5 – трубчатыестопки; 6 – крестовыесвязи

8.3. Низкотемпературное хранение СУГ в наземных стальных и железобетонных резервуарах

В последнее время в связи с увеличением роста потребления СУГ появились различные способы хранения этих продуктов в наземных резервуарах.

Наиболее распространенный способ хранения газов в цилиндрических и сферических резервуарах под высоким давлением стал вытесняться более эффективным методом хранения под давлением, близким к атмосферному, но при низкой отрицательной температуре. Так, при минус 42 °С сжиженный пропан уже можно хранить при атмосферном давлении, в результате чего уменьшается расчетное давление при расчете толщины стенок

141

резервуаров. Это позволяет сократить расход металла в 8–15 раз в зависимости от хранимого продукта и объема резервуара.

Этот метод хранения обеспечивает значительное уменьшение экономических затрат эксплуатации хранения СУГ.

При низкотемпературном хранении СУГ искусственное снижение температуры и давления хранимого продукта требует затрат определенного количества энергии. В технологической схеме хранилища появляется оборудование, позволяющее охлаждать сжиженный газ. Ходильные установки могу состоять из двух раздельных систем, обслуживающих циклы заполнения резервуаров и поддержания режима хранения. Часто операции по заполнению и хранению сжиженного газа выполняются одной централизованной холодильной установкой.

Технологические схемы, в которых холодильная машина, обеспечивающая охлаждение СУГ, использует этот газ в качестве хладагента, получили названиесхем стехнологическимохлаждением.

Рис. 8.3. Принципиальнаясхема поддержаниянизкотемпературного режимасжиженногогазаврезервуаре: 1 – резервуар; 2 – сжиженный газ; 3 – компрессор; 4 – теплообменник-конденсатор; 5 – вода наохлаждение; 6 – теплообменник; 7 – дроссельныйвентиль

Согласно схеме (рис. 8.3), СУГ хранится под небольшим избыточным давлением (200–500 мм вод. ст.) в теплоизолированном резервуаре (1), выполняющем в холодильном цикле функцию ис-

142

парителя холодильного агента. Испаряющийся газ проходит теплообменник (6) и поступает на всасывание компрессора (3), где сжимается до 0,5–1,0 МПа, а затем подается в холодильникконденсатор (4), где конденсируется при неизменном давлении.

Сконденсированная жидкость переохлаждается встречным потоком газа в теплообменнике (6), затем дросселируется в вентиле (7) до давления, соответствующего режиму хранения.

Ограничением к применению подобных технологических комплексов является то, что холодильная машина, рассчитанная на работу с парами продукта данного состава, не может быть использована при изменении состава хранимого продукта. В то же время состав хранимых СУГ может изменяться. Использование же в схемах холодильно-технологических комплексов оборудования, которое может работать на различных газах, чрезвычайно важно, так как его производство может быть организовано крупными сериями. На рис. 8.4 приведена схема холодильно-техно- логического комплекса с использованием холодильного оборудования общего назначения. Охлаждение СУГ в данном случае осуществляется внешним циклом.

Рис. 8.4. Схема холодильно-технологического комплекса с паровой холодильной установкой, работающего по внешнему циклу: 1 – низкотемпературный резервуар; 2 – конденсатор-испаритель; 3 – компрессор; 4 – конденсатор; 5 – ресивер хладагента; 6 – ресивер хранимого продукта; 7 – насос

143

8.4. Конструкции низкотемпературных резервуаров

Наземные низкотемпературные резервуары сооружаются различной геометрической формы (цилиндрические, сферические) и обычно с двумя стенками, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом.

Наибольшее распространение получили вертикальные цилиндрические резервуары объемом от 10 до 200 тыс. м3, выполненные из металла или железобетона. Внутренняя и наружная оболочки крепятся к фундаменту с помощью анкеров. Главное достоинство таких резервуаров – надежность в сохранении низкой температуры и стойкость теплоизоляционного слоя.

Сферические резервуары обычно сооружаются с одиночной стенкой, а теплоизоляцию наносят с внешней стороны. Эти резервуары позволяют хранить газ и под некоторым давлением, когда обеспечение слишком низкой температуры нерентабельно. Максимальный объем таких резервуаров до 2000 м3.

В последние годы стали применяться стальные цилиндрические резервуары с одинарной стенкой, покрытой теплоизоляцией.

8.5. Теплоизоляция низкотемпературных резервуаров

Одним из важнейших вопросов эксплуатации низкотемпературных резервуаров является восполнение потерь от испарения за счет притока тепла к сжиженному газу через ограждающие поверхности. Величина теплопритока определяется разностью температур хранимого продукта и окружающей среды, а также типом и толщиной теплоизоляционного покрытия. К теплоизоляции низкотемпературных резервуаров предъявляется целыйряд требований:

–низкая теплопроводность;

–малая проницаемость водяных паров;

–механическая прочность;

–стойкость к химическому воздействию;

–огнестойкость;

144

–легкость монтажа;

–надежность в эксплуатации.

Требования к эффективности возрастают по мере снижения температуры хранения СУГ, так как увеличивается теплоприток

ивозрастает стоимость потерь холода.

Внастоящее время для теплоизоляции корпуса и перекрытий низкотемпературных резервуаров применяют: перлит, который засыпается в пространство между стенок для резервуаров с двойными стенками, а для одностенных – пеностекло или напыление пенополиуретана.

8.6. Резервуары для хранения сжиженного природного газа

Такие резервуары используются в основном на заводах сжижения, перевалочных терминалах, для покрытия пиков газопотребления и реализации экспортных поставок.

СПГ хранят в резервуарах следующих типов: стальных наземных, объемов 10–100 тыс. м3, железобетонных наземных и заглубленных, объемом 10–200 тыс. м3.

В таких резервуарах СПГ содержится при низкой отрицательной температуре (минус 162 °С) и давлении, близком к атмосферному (101,3 кПа).

Для повышения безопасности низкотемпературные наземные резервуары СПГ обычно изготовляются с двойной металлической стенкой, из которых только внутренняя воспринимает давление и низкотемпературный напор.

При выборе материалов для оболочек, контактирующих с СПГ, необходимо учитывать физические свойства газа, технологию изготовления оболочки и стоимость резервуара. Применяют аустенитно-никелево-хромистые стали.

Для ограничения испарения газа (0,05–0,06 % от общего объема хранения СПГ в сутки) от притока тепла из окружающей среды внутренний резервуар изолируется. Внутри слой тепло-

145

изоляции покрывается герметизирующей гибкой облицовкой из тонкого проката.

Конструкция низкотемпературных резервуаров СПГ, кроме технологических требований, в значительной мере определяется местом сооружения хранилища. Одновременно выбор места хранилища определяет масштаб необходимых предохранительных мер. Особенно это касается хранилищ, расположенных в непосредственной близости от жилых районов.

8.7. Подземные хранилища шахтного типа

Непрерывный рост потребления сжиженных газов и нефтепродуктов потребовал новых технических продуктов, позволяющих сооружать резервуары большого объема. Это привело к строительству подземных резервуаров, обеспечивающих более благоприятные условия с точки зрения безопасности, а также экономики хранения.

Опыт создания подземных хранилищ вскрыл ряд проблем, связанных с их эксплуатацией, а пути их решения подсказали принципиально новые технические возможности при строительстве подземных емкостей, сооружаемых горным способом.

В частности, хорошая экранирующая способность многих горных пород и их химическая нейтральность к хранимому продукту привели к мысли о строительстве подземных емкостей без металлической герметизирующей оболочки.

Такие хранилища СУГ шахтного типа представляют собой подземные емкости-резервуары, сооруженные путем вскрытия участка вертикальными стволами, от которых создают горизонтальные выработки и камеры (рис. 8.5). Подземные хранилища шахтного типа сооружаются на один или несколько видов продуктов. Объем порядка 10–100 тыс. м3.

Сжиженный нефтяной газ в емкостях шахтного типа хранится под давлением, соответствующим температуре окружающего горного массива. При температуре 10–12 °С это давление составляет 0,6–1,0 МПа на глубине 100–150 м.

146

Участки для сооружения подземных емкостей шахтного типа выбирают по физико-механическим свойствам вмещающих горных пород, которые должны быть монолитными и непроницаемыми для сжиженного газа и его паров, химически нейтральными к хранимому продукту и не оказывающими влияния на его товарные свойства при непосредственном контакте. Кроме того, от таких пород требуется устойчивость, чтобы обеспечивать сооружение и эксплуатацию выработок-емкостей без крепи или с применением анкерной крепи.

Породы в данном случае играют роль конструкционного и изолирующего материала. Отдельные выработки-емкости изолируются друг от друга герметизирующими перемычками, сооружаемыми из бетона специальных марок.

а

б

Рис. 8.5. Принципиальные схемы подземных емкостей шахтного типа: а – емкость на один продукт; б – емкость для нескольких продуктов; 1 – ствол; 2 – емкость; 3 – непроницаемыегорныепороды; 4 – насоснаякамера (возможное размещение); 5 – зумпф; 6 – сжиженный газ; 7 – герметичная перемычка; 8 – коллекторныевыработки

147

Для создания герметичных подземных емкостей наиболее пригодны следующие породы: плотные известняки, доломиты, гипс, мел, алевриты, алгиллиты, метаморфические глинистые и шиферныесланцы, кварцит, кремнистыйсланец, изверженныегранитыидр.

8.8.Подземные хранилища

вотложениях каменной соли

Всоляных пластах достаточно большой мощности на глубине, обеспечивающей гидростатическое давление, превышающее давление хранимого продукта, через буровые скважины путем

размыва сооружаются полости-резервуары. Объем таких резервуаров может составлять от 1 тыс. до 1,5 млн м3.

Расположение резервуаров в массиве пород определяется глубиной заложения и мощностью пригодных пластов каменной соли. Глубина заложения подземных резервуаров достигает двух тысяч метров, и высота вымываемых в залежах каменной соли камер – от 10 до нескольких сотен метров.

Минимальная глубина заложения подземных резервуаров зависит от свойств покрывающих пород и давления, при котором хранится продукт, ее значение принимается из расчета, что 0,1 МПа максимального рабочего давления уравновешивается давлением толщипороднад резервуаром мощностью неменее6 м.

Создание подземной емкости в массиве каменной соли осуществляется по двум принципиально различным схемам:

– закачка пресной воды и выдавливание на поверхность рассола. Рассол, полученный при размыве, выдавливается на поверхность водой, подаваемой под избыточным давлением;

– струи воды разбрызгиваются специальным оросителем. Рассол откачивается из размываемой камеры погружным насосом или отжимается сжатым воздухом.

Подземные хранилища в отложениях каменной соли состоят из наземного технологического комплекса и подземной части, включающей резервуары-хранилища.

148

Взависимости от способа эксплуатации, закачки и отбора продукта из подземных резервуаров хранилища можно разделить на два вида:

– с рассольной схемой эксплуатации;

– безрассольной схемой.

Впервом случае применяется метод эксплуатации, основанный на вытеснении хранящегося продукта из подземного резервуара на поверхность закачиваемым в него насыщенным рассолом. Во втором – вытеснение хранящегося продукта производится газообразными агентами.

Рис. 8.6. Технологическая схема эксплуатации подземного газохранилища: 1 – рассольная насосная; 2 – продуктовая насосная станция высокого давления; 3 – буферный резервуар; 4 – продуктовая насосная станция низкого давления; 5 – подземная емкость; 6 – рассолохранилище; 7 – железнодорожнаяэстакада

При рассольной схеме резервуар всегда заполнен продуктом, или рассолом, или продуктом с рассолом. Сжиженный газ закачивается в подземный резервуар по межтрубному пространству между обсадными трубами и рассольной колонной и хранится в непосредственном контакте с насыщенным рассолом на рассольной подушке.

149

При отборе продукта рассол подается в подземный резервуар по центральной колонне, а сжиженный газ транспортируется по затрубному пространству.

На рис. 8.6 насосы (4) предназначены для слива СУГ из железнодорожных цистерн, а буферная емкость (3) устанавливается в том случае, когда для закачки газа в подземный резервуар необходимы насосы очень большой производительности. При такой схеме продукт из железнодорожных цистерн насосами (4) закачивается первоначально в наземный буферный резервуар (3), рассчитанный на емкость прибывшего маршрута, а затем с меньшими энергозатратами насосами (2) перекачивается в подземный резервуар (5).

Рассольная схема, несмотря на свою относительную простоту, обладает существенным недостатком, связанным с необходимостью сооружения специальных наземных рассолохранилищ, предназначенных для накопления и хранения больших запасов рассола. Стоимость наземного рассолохранилища достигает 20 % от общей стоимости всего комплекса подземного хранилища.

Сооружение рассолохранилищ является весьма трудоемкой работой и требует больших земельных участков. Кроме того, возникает ряд задач, связанных со снижением концентрации рассола ниже уровня насыщения, чтобы не допустить доразмыв подземных резервуаров, а также сохранение герметичности дна и стенок хранилища во избежание утечек рассола в грунт.

При безрассольной схеме эксплуатации подземных хранилищ указанные недостатки отсутствуют.

По данной схеме газообразный агент (азот) закачивается под давлением по обсадной колонне технологической скважины в подземный резервуар и вытесняет сжиженный газ по центральной колонне труб на поверхность.

В качестве газообразного агента может применяться и природный газ из магистрального газопровода, что позволяет обойтись без дожимных компрессорных установок ввиду большего давления в магистральном газопроводе.

150